渗透检测在钢轨伤损复核上的应用

佟伟

摘 要：城市轨道交通运营密度大，钢轨表面易产生疲劳伤损，而超声波检测无法有效地对特殊部位表面开口及道岔伤损进行探测，应借助渗透检测的方法，渗透检测具有对表面开口及道岔缺陷检测灵敏度高、操作简单、检测迅速的特点。配以合理的检测工艺，能有效地与现有超声波检测手段互补，完善检测模式，提高城市轨道交通安全系数。

关键词：钢轨检测;钢轨表面伤损;渗透检测

中图分类号：U121 文献标识码：A

0 引言

钢轨超声波检测作为最广泛的使用方法，自然有其不可替代的作用。但考虑到超声波检测原理及北京城市轨道交通钢轨伤损的特点，现有的超声波检测法无法有效地对钢轨全面检测。为确保伤损的全面检出，而借助渗透检测方法就显得十分必要了。

1 渗透检测基本原理

1.1 概述

渗透检测（penetrant testing，简称PT）;也叫渗透探伤。利用液体的渗透现象、毛细作用和吸附原理来检查材料、制品表面的开口缺陷[1]。探伤时，将红色渗透剂施加在被检表面，如果被检表面存在缺陷渗透剂便渗入缺陷内，当把表面多余渗透剂去除后再施加白色显象剂，缺陷内的渗透剂便被吸出从而在白色背景上呈现出红色缺陷迹痕。适用于检查金属材料（包括焊缝，奥氏体不锈钢，非磁性金属，及各种铸件和锻件）、非金属材料（如玻璃、陶瓷、氟塑料）及其制品表面开口性的缺陷如暴露于表面的裂纹、气孔、疏松、分层、未焊透及未熔合等缺陷。

1.2 对工件被检表面的要求

（1）被检表面及其周围25 mm区域内应无油污、锈蚀、切屑、漆层及其它污物。（2）检查焊缝时，在焊缝表面及距焊缝边缘30 mm内不应有氧化皮、焊渣、飞溅等污物。 （3）检查道岔时，加工表面比较粗糙，可适当放宽但不得影响检验结果。（4）在10～50℃的温度条件下，渗透时间通常在10～15 min之间，当环境温度不在本范围内，应使用SUS-3镀铬试块试验，对检测方法作出鉴定。

1.3 渗透剂、清洗剂、显象剂的选择原则

渗透探伤包括荧光法和着色法。荧光法是将含有荧光物质的渗透液涂敷在被探伤件表面，通过毛细作用渗入表面缺陷中，然后清洗去表面的渗透液，将缺陷中的渗透液保留下来，进行显象。典型的显象方法是将均匀的白色粉末撒在被探伤件表面，将渗透液从缺陷处吸出并扩展到表面。这时，在暗处用紫外线灯照射表面，缺陷处发出明亮的荧光[2]。着色法与荧光法相似，只是渗透液内不含荧光物质，而含着色染料，使渗透液鲜明可见，可在白光或日光下检查。一般情况下，荧光法的灵敏度高于着色法。这两种方法都包括渗透、清洗、显象和检查四个基本步骤。

常用的渗透探伤方法有着色渗透探伤、荧光渗透探伤、水洗型渗透探伤、溶剂去除渗透探伤、干式显像渗透探伤、湿式显像渗透探伤，实际探伤时经常是将几种不同方法组合应用。例如水洗型、溶剂去除型的渗透剂组合，既可以使用干式显像也可以用湿式显像。

1.4 渗透检测方法选用

（1）首先应满足检测缺陷类型和灵敏度的要求。在此基础上可根据被检工件表面粗糙度、检测批量大小和检测现场的水源、电源等条件来决定。（2）对于表面光洁且检测灵敏度要求高的工件，宜采用后乳化型着色法或后乳化型荧光法，也可采用溶剂去除型荧光法。（3）对于表面粗糙且检测灵敏度要求低的工件宜采用水洗型着色法或水洗型荧光法。（4）对现场无水源、电源的检测宜采用清洗剂去除型着色法。（5）对于大工件的（例如钢轨辙叉心）局部检测宜采用溶剂去除型着色法或溶剂去。（6）对于大工件的局部检测，宜采用溶剂去除型着色法或溶剂去除型荧光法。

2 渗透检测操作程序

2.1 预清理和施加渗透剂

在被检辙叉部位施加渗透剂前，用清洗溶剂清洗被检表面及其周围25 mm区域内的油污、锈蚀、切屑、漆层及其它污物，对被检表面进行充分干燥，然后施加渗透剂。

2.2 探伤方法根据被检工件的探伤灵敏度、数量、环境等选用

辙叉区作局部探伤时，宜采用刷涂或喷涂法，应注意被检表面在渗透时间内保持湿润状态。喷涂显像剂时，喷嘴离被检面距离为300～400 mm，喷涂方向与被检面夹角为30～40°。

渗透时间取决于渗透剂种类、被检工件的材质、预测缺陷的种类、大小以及被检表面状态和探伤时的环境温度，在10～50℃的温度条件下渗透剂持续时间一般不应少于10 min。

2.3 去除多余渗透剂

在清洗工件被检表面以去除多余的渗透剂时，应注意防止过度去除而使检测质量下降，同时也应注意防止去除不足而造成对缺陷显示识别困难。除特别难清洗的地方外，一般应先用干燥、洁净不脱毛的布依次擦拭，直至大部分多余渗透剂被去除后，再用蘸有清洗剂的干净不脱毛布或纸进行擦拭，直至将被检面上多余的渗透剂全部擦净。但应注意，不得往复擦拭，不得用清洗剂直接在被检面上冲洗，喷涂方向与被检面夹角为30～40°。

2.4 施加显像剂

使用溶剂悬浮显像剂时，在被检面经干燥处理后，将显像剂喷洒或刷涂到被检面上然后进行自然干燥或用暖风（30～50℃）吹干。采用自顯像时，停留时间最短10 min，最长2 h。悬浮式显像剂在使用前应充分搅拌均匀。显像剂的施加应薄而均匀不可在同一地点反复多次施加。喷涂显像剂时，先摇晃显象剂进行试喷，喷嘴离被检面距离为300～400 mm，喷涂方向与被检面夹角为30～40°薄而均匀地进行喷涂。禁止在被检面上倾倒湿式显像剂，以免冲洗掉渗入缺陷内的渗透剂。显像时间取决于显像剂种类、需要检测的缺陷大小以及被检工件温度等一般不应少于7 min。

2.5 观察

观察显示应在显像剂施加后7～60 min内进行。如显示的大小不发生变化也可超过上述时间。对于溶剂悬浮显像剂应遵照说明书的要求或试验结果进行操作。着色渗透检测时，缺陷显示的评定应在白光下进行，通常工件被检面处白光照度应大于等于1 000 lx，当现场采用便携式设备检测由于条件所限无法满足时，可见光照度可以适当降低，但不得低于500 lx。荧光渗透检测时，显示的评定应在暗室或暗处进行，暗室或暗处白光照度应不大于20 lx。检测人员进入暗区，至少经过3 min的黑暗适应后才能进行荧光渗透检测。检测人员不能戴对检测有影响的眼镜。辨认细小显示时可用5～10倍放大镜进行观察。必要时应重新进行处理和渗透检测。

2.6 人员要求

从事渗透检测工作的人员，应经过技术培训，具有的钢轨相关知识。凡从事渗透检测工作的人员，其矫正视力不得低于1.0，且不得有色盲、色弱。

2.7 检测操作要求

缺陷的确认完成后观察工件表面，确认有无缺陷。当辨认细小缺陷时，应用10倍放大镜或数码相机放大进行观察。显示缺陷位置、方向和尺寸大小。确认缺陷后，应用标记笔在工件上画出缺陷位置，并详细记录缺陷的位置、方向和尺寸大小。

3 渗透检测在实际中的应用

3.1 针对异常波形地段复核方面的使用

在《北京地铁钢轨探伤管理规则》中，探伤标准规定钢轨任何部位不得存在裂纹。现在工作中是依据超声波波形情况进行判定的，但工作现场情况复杂，例如钢轨钢印号、螺孔倒楞不良等许多情况都可以引起异常波形，故需要对出现异常波形的地段进行复核。表面裂纹很细，肉眼分辨很难，需要放大镜和高倍数码相机才能发现，例如小于6 mm的裂纹。此时若利用渗透检测方法进行复核，可使道岔区缺陷及螺孔和表面缺陷直观可变。尤其是在白光照度低的地下线路，使用着色渗透方法进行检测，有缺陷立刻显现，确保复核的准确性。

3.2 在钢轨焊缝渗透检测使用

因为钢轨是高碳钢，局部高温极易产生马氏体进而产生裂纹，且现场操作受环境影响很大，气温升降和空气潮湿变化等均是焊缝出现裂纹的主要原因，而超声检测无法探测出焊缝的表面裂纹。所以，对钢轨焊缝进行渗透检测是必要的。

钢轨的铝热焊、气压焊、接触焊都有焊缝表面缺陷发生。钢轨的铝热焊气压焊推凸时间掌握不好，推凸过程会产生严重的表面裂纹危害较大。这也可以使用渗透检测检查表面裂纹。

3.3 钢轨辙叉的渗透检测使用

在北京地铁技术标准《工务维修规则》中，辙叉伤损标准中轻伤标准要求辙叉顶面和侧面的任何部位不得有裂纹。重伤标准中对垂直裂纹、纵向水平裂纹都有明确的要求。但辙叉的材质为奥氏体高锰钢。若使用超声波方法进行检测，由于内部组织晶粒粗大，透声性能极差，会严重影响检验的准确性，不能够对被检辙叉作出详细准确的质量评定。现阶段北京地铁使用手工检查，外观查看，并使用检查锤敲击等方法，这种原始的方法导致裂纹判定不准等问题。使用渗透检测因其表面灵敏度高的特点，完全可以补充肉眼检查的不足。

3.4 其他配件的检测

目前，标准规定了接头夹板，弹条扣件夹板等配件要求不得有裂纹，但是全凭肉眼观测判定有没有裂纹，显然是不科学的。最快速有效的方法还是渗透检测。

3.5 应用案例

2019年1月，复兴门至长椿街外环右股长椿街侧一眼向轨端向下数据显示异常，经多次复核为钢号，但向上方向数据未发现异常。经过渗透检测操作后，向上向轨端发现螺孔壁内清晰看到裂纹，分析此伤损为螺孔壁裂纹，未向轨腰发展或未达到仪器所能发现的三毫米深度，但这正是渗透探伤所能发现的表面开口裂纹。

4 总结

渗透探伤操作简单，不需要复杂设备，费用低廉，缺陷显示直观，具有相当高的灵敏度，能发现宽度1微米以下的缺陷。由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的限制，渗透探伤应用广泛。渗透检测作为无损检测的一种常用的方法在钢轨检测上用的不足之处，就是渗透检测的工作量要比超声波检测的工作量要大的多，只能检测表面开口缺陷，不能显示缺陷的深度及缺陷内部的形状和大小。但是，渗透检测在钢轨及其配件的检测方面的应用是可以大有作为的。渗透检测具有缺陷显示直观、灵敏度高、检测速度快且成本低廉等优点。因此，用在對钢轨的表面和道岔区缺陷伤损检测是一种很好的方法。

参考文献：

[1]金信鸿，张小海，高春法.渗透检测[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]张华.渗透探伤技术在地铁轨道检测中的应用[J].工程技术研究，2021（6）：131-132.